Влияние параметров пульсирующего электрического поля на скорость массопереноса в мембранных системах

Пульсирующие электрические поля (ПЭП) давно и успешно используются в гальванотехнике. В последнее время возрос интерес к применению таких электрических режимов в мембранных процессах. Установлено, что применение ПЭП позволяет увеличить скорость массопереноса и снизить скорость осадкообразования и биозагрязнения при электродиализе. Однако проведенные исследования носили эвристический характер, выбор параметров ПЭП осуществлялся без учета теоретических результатов. В частности, использовался пульсирующий гальванодинамический режим, при котором пропускание постоянного тока чередовалось с паузой, в течение которой ток равнялся нулю. Однако еще в 2001 г. Н.А. Мищук показала, что более эффективным должен быть потенциодинамический режим, при котором пауза чередуется с периодом, когда задается постоянное напряжение. В данном проекте будет проведен сравнительный анализ скорости переноса ионов при электродиализе в гальванодинамическом и потенциодинамическом режимах. Будут проведены экспериментальные (вольтамперометрия, хроногальвано- и потенциометрия) и теоретические исследования процесса при разных значениях параметров ПЭП (напряжения/ плотности тока, частоты, коэффициента заполнения цикла). Будут изучены как допредельные токовые режимы, так и сверхпредельные. Основное внимание будет уделено слабо изученным сверхпредельным режимам. Моделирование будет проведено на основании уравнений Нернста-Планка-Пуассона-Навье-Стокса путем адаптации разработанной ранее нестационарной 2D модели переноса ионов и воды в канале ЭД ячейки. Будет проведено сравнение результатов и эксперимента при допредельных и сверхпредельных плотностях тока. Впервые при моделировании будет учтено явление электроконвекции, которое должно играть ключевую роль в приросте массопереноса при сверхпредельных токах.Проект осуществляется совместно с Европейским Институтом Мембран НЦНИ (Монпелье) и Институтом Химии и Материалов НЦНИ (Тье, Франция), которые вместе с Кубанским государственным университетом входят в МАЛ «Ионообменные мембраны и процессы».В результате проведенных работ будет выяснено, в каком из режимов будет достигаться максимальный прирост скорости массопереноса. Будут найдены параметры ПЭП (частота, коэффициент заполнения цикла), при которых этот прирост максимален для используемой в эксперименте ячейке. Сравнение экспериментальных и теоретических данных позволит оценить адекватность модели и использовать ее в дальнейшем для теоретического поиска оптимальных параметров ПЭП.